1.3智慧城市：崛起在第四次工业革命的大幕之下

在2013年的汉诺威工业博览会上，由“产官学”组成的德国“工业4.0工作组”发表了“德国工业4.0战略计划实施建议”，其中提到：在一个“智能、网络化的世界”里，物联网(the Internet of Things)和服务网(the Internetof Services)将渗透到所有的关键领域。智能电网将与能源供应领域、可持续移动通信战略领域（智能移动、智能物流），以及医疗智能健康领域融合。在整个制造领域中，信息化、自动化、数字化将贯穿整个产品生命周期、端到端工程、横向集成（协调各部门间的关系），制造领域将成为工业化第四阶段的引领者。

在德国信息技术、通信、新媒体协会工业4.0部部长多尔斯特(WolfgangDorst)看来，工业4.0是一个愿景，或是一盏指路明灯，代表的是第四次工业革命，是产品生命周期中整个组织、管理的飞跃。“这样的生命周期以不断增加个体消费需求为导向。它横跨产品最初的设计、生产、发展、配送，再到最后的回收，并包括所有相关的服务。”1这一项目分为以下三大主题。一是“智能工厂”，重点研究智能化生产系统及过程，以及网络化分布式生产设施的实现。

二是“智能生产，主要涉及整个企业的生产物流管理、人机互动以及3D技术在工业生产过程中的应用等。

三是“智能物流”，主要通过互联网、物联网和物流网，整合物流资源，充分提高现有物流资源供应方的效率，且让需求方能够快速获得服务匹配，得到物流支持。

从第一次工业革命到现在，人类一直追求的是投入更少的成本，产出更多的产品。未来，这一原则依旧不会改变。

1.3.1工业领域将发生根本性变革

在第四次工业革命到来前，数字化工厂强调的首先是生产计划数字化和大量使用各种计算机辅助技术：CAD(计算机辅助设计)、CAM(计算机辅助制造)、CM(计算机集成制造)、PPS(生产计划控制系统)、PDM(产品数据管理)、DMU(数字试验模型)、PLM(产品生命周期管理)等，这些辅助技术较多的是基于一个相对固定、自上而下的生产集中控制系统。

而工业4.0是从嵌入式系统向信息物理系统(CPS)发展的技术进化。第四次工业革命的目标是建立一个高度灵活的个性化和数字化的产品与服务的生产模式；强调分散，降低集中控制度，增加生产设备的自主控制，把分散的、自主的、智能化的制造设备，通过网络的形式紧密地联系在一起。物联网和服务网将渗透到工业的各个环节，形成高度灵活、个性化、智能化的生产模式，推动生产方式向大规模定制、服务型制造、创新驱动转变。

工业4.0下的生产过程将实现以下两点。

首先，基于物联网的发展，数量庞大的机器和嵌入式系统可实现全面无缝的连接，达到机器向控制中心反馈，或者机器对机器(M2M)交换数据的目的。这样一来，机器（亦可称为机器人）之间就可以直接传达命令甚至通过多级别命令来自相控制；曾经的中间媒介一人，就可以脱离接收一台机器信息、分析决策，然后为下一台机器进行相关操作的劳动环节，人的工作将更多地以远程化、分散化监控的形式存在。

然后，设备运行状态数据将以经验的形式存储于中枢系统(Cyber)中，而云端则拥有更多同类设备的历史记录。通过大数据分析，中枢系统可以建立设备装置的经验运行模型，从而完成过程模拟以及更为高级的设备行为预测。相较于一般意义上的问题实时通报，中枢系统还可以做到根据细微变化自行完成设备的健康监测，包括对于老化、零件磨蚀等维护和经验问题的预判。中枢系统还可以向人类或向其自身进行经验学习。

可以预见，工业4.0时代下的生产过程，将实现极大的自由度与灵活性，通过在各个环节植入用户参与界面，新的生产体系能够针对不同客户及产品进行不同的设计、采购、生产计划、加工以及物流配送，极端情况下，新的生产体系还可以进行个性化的单件制造，并且保证单件产品的设计、制造、配送等环节都能够实现盈利。在这一过程中，客户由部分参与转变为全程参与，他们不仅会出现在生产流程的两端，还将广泛、实时地参与到生产和价值创造的全过程。

在工业4.0时代，过去以廉价劳动力、大规模资本投入等传统要素为驱动的发展模式将难以为继，移动互联网、云计算、物联网、大数据等新一代信息技术在制造业的集成应用，将带来产业链的协同、开放、创新，带来客户的参与式创新，带来制造业技术、产品、工艺、服务的全方位创新，同时这些新技术的应用也将不断催生和孕育出其他新技术、新业态和新模式。

不同环节的企业间将可以很方便地进行信息共享，在全球范围内迅速发展和动态调整合作对象，整合企业间的优势资源，在研发、制造、物流等各产业链环节实现全球分散化生产。这也促进了传统企业和互联网企业之间的相互融合一互联网企业将有更多机会参与到制造业当中，而传统的制造企业则向跨界融合转变。企业生产从以传统的产品制造为核心转向提供具有丰富内涵的产品和服务，直至为顾客提供整体解决方案，互联网企业与制造企业、生产企业与服务企业之间的边界日益模糊。

1.3.2社会生活将出现巨大变化

以往的工业革命都发生在资本集中的领战，如工厂、铁路、电话网象科技史牌士赵洋预言，第四次工业革命“可能使曾经集中的技术权力分散到每个人、每个家庭中”。

1.3.3工业4.0构筑智慧城市建设的基础

在前面的章节中我们已经看到，伴随第三次科技革命的持续扩散和传播，“智慧地球”的概念己经被提出。但“智慧城市”的真正建设和实现，将真正依赖于第四次工业革命中的成果。

在第四次工业革命中，以工业4.0（物联网、云计算、大数据）为代表的智能技术的蓬勃发展，将加快城市的网络化和信息化。通信网络、计算机网络和信息资源网络形成的信息高速公路构成了城市的大型信息平台和城市信息化的硬件。建设信息高速公路以及城市内部各个系统的网络，使计算机网络、卫星通信、电视、电话等系统集合起来，加强城市与全国及全世界的全面交流，促进城市生产、流通、管理、服务等各个环节的一体化和资源共享，提高城市中每个单元（包括个人、家庭、单位）的电话、电视、计算机拥有量及入网率，在为人们的生活提供更大的便捷的同时，也将信息打造成为最重要的资源和经济发展的重要产业。

智能技术的发展将促进产业的轻型化和高新技术化，使城市的产业结构特征和产业的形成、发展方式发生重大变化。伴随电子信息、生物工程技术、新材料、海洋工程、航天技术和机电一体化等高科技产业的不断发展，服务业将成为城市的主体产业。智能技术还通过对传统工业和农业等进行产业改造，推动经济增长方式由过去的以消耗自然资源和劳动力为主转移到依靠技术进步，城市作为知识产品的研究开发中心、生产中心、流动中心和消费中心的地位和作用将进一步增强。

同时，智能技术还将不断推进市民的智慧化和高智力化。智能技术的普遍使用和快速发展促进城市中专门从事科研开发和管理的科学家、工程师及其他技术人员、高级管理人员的比重不断增加；同时，也将促进研究开发项目数量、成果发表数量、申请专利数量等科研成果的数量指标和规模不断提高，城市将成为新的思想、经营理念及各种创意的形成中心和发现中心，成为各种发明创造的集散中心。

智能技术的发展，可以为城市的经营决策提供科学的依据。以互联网为平台，以计算机硬件、信息分析和决策支持及功能实现为目的的软件构成的智能网络，将政府及各类组织的决策活动纳入科学化、规范化、民主化的过程之中，智囊团、思想库、参谋部等策划咨询机成为智力体系中的重要团体。借助电子信息技术、管理手段和方式，各种主体的利益可以方便地被协调，从而实现不同思想理念、科学方法的高度综合，实现对城市交通、供排水、电力等的智能管理与控制，提高对城市资源的监测与可持续利用水平，加强城市应急反应和对灾难的预防治理，减少管理成本。

丰富的传感设备与技术构成的物联网，可以对城市运行的核心系统进行测量、监控和分析，随时随地进行全面感测。数据整合为城市核心系统的运行提供智慧的基础设施。基于智慧的基础设施，城市里的各个关键系统和参与者能够进行和谐高效的协作，使城市运行达到最佳状态。